Σταθερά ισορροπίας (Kp και Kc)

Όταν μια χημική διεργασία φτάσει σε ισορροπία, η σταθερά ισορροπίας (συχνά υποδεικνύεται με το σύμβολο K) προσφέρει πληροφορίες για τη σχέση μεταξύ των προϊόντων και των αντιδρώντων στην αντίδραση. Για παράδειγμα, η σταθερά ισορροπίας της συγκέντρωσης (που συμβολίζεται με Kc) μιας χημικής αντίδρασης σε ισορροπία μπορεί να οριστεί ως η αναλογία της συγκέντρωσης των προϊόντων προς τη συγκέντρωση των αντιδρώντων, καθένα από τα οποία αυξάνεται στους στοιχειομετρικούς συντελεστές των άλλων αντιδρώντων. Να θυμάστε ότι υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι σταθερών ισορροπίας, καθένας από τους οποίους παρέχει σχέσεις μεταξύ των προϊόντων και των αντιδρώντων των διεργασιών ισορροπίας ως προς τις διαφορετικές μονάδες μέτρησης.

Η σταθερά ισορροπίας για μια χημική αντίδραση μπορεί να περιγραφεί ως η αναλογία μεταξύ της ποσότητας του αντιδρώντος και της ποσότητας του προϊόντος, η οποία χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της χημικής συμπεριφοράς της αντίδρασης.

Ο ρυθμός προς τα εμπρός αντίδρασης ισούται με Ρυθμός αντίδρασης προς τα πίσω όταν το σύστημα βρίσκεται σε ισορροπία.

Κατά τη διάρκεια ενός συγκεκριμένου εύρους θερμοκρασίας, οι σταθερές ρυθμού είναι πάντα οι ίδιες. Κατά γενικό κανόνα, η σχέση μεταξύ των σταθερών ρυθμού για την προς τα εμπρός αντίδραση και την προς τα πίσω αντίδραση πρέπει να είναι σταθερή και αυτή αναφέρεται ως σταθερά ισορροπίας (Keq).

Υπολογισμός σταθεράς ισορροπίας

Μια σταθερά, K, μπορεί να εξαχθεί για μια εξίσωση ισορροπίας aA + bB ⇌cC + dD χρησιμοποιώντας τον τύπο K =[C]c[D]d / [A]a[B]b, όπου το K είναι μια σταθερά. Για παράδειγμα, η εξίσωση ισορροπίας είναι aA + bB =cC + dD. Είναι απαραίτητο να τοποθετηθούν όλες οι συγκεντρώσεις των προϊόντων στον αριθμητή, ενώ οι συγκεντρώσεις των αντιδρώντων τοποθετούνται στον παρονομαστή. Στη συνέχεια, κάθε συστατικό αυξάνεται στην ισχύ του μεμονωμένου συντελεστή του. Είναι ίσο με το μισό της σταθεράς ταχύτητας της μπροστινής αντίδρασης διαιρεμένη με τη σταθερά ταχύτητας της αντίστροφης αντίδρασης για να ληφθεί η σταθερά ισορροπίας.

Ο νόμος της δράσης της μάζας είναι το όνομα που δόθηκε σε αυτή τη σχέση, η οποία είναι επίσης γνωστή ως σταθερά ισορροπίας. Πρώτον, ο νόμος βεβαιώνει ότι ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης είναι ευθέως ανάλογος με τις συγκεντρώσεις τόσο των αντιδρώντων όσο και των προϊόντων που υπάρχουν στην αντίδραση. Επίσης, και ίσως πιο σημαντικό για τους σκοπούς μας αυτή τη στιγμή, είναι ότι η αναλογία των συγκεντρώσεων των αντιδρώντων προς το προϊόν είναι σταθερή για μια αντίδραση σε ισορροπία, η οποία είναι μια βασική έννοια στη χημική μηχανική. Αυτή η σταθερά αναφέρεται ως σταθερά ισορροπίας, με συντομογραφία K.

Η σχέση K =[C]c[D]d/ [A]a[B]b είναι ιδιαίτερα αξιοσημείωτη επειδή είναι άμεσα ισοδύναμη με  K =kforward / kreverse, όπου kforward είναι η σταθερά ταχύτητας για την μπροστινή αντίδραση και kreverse είναι η σταθερά ταχύτητας για την αντίστροφη αντίδραση:

Επιπλέον, αυτή η εξίσωση εξηγεί γιατί το K αντιπροσωπεύει την έκταση της αντίδρασης. Επομένως, ο αριθμητής, που αντιπροσωπεύει τη συγκέντρωση των προϊόντων, είναι μεγαλύτερος εάν K> 1. Εάν το K είναι μικρότερο από 1, ο παρονομαστής, ο οποίος αντιπροσωπεύεται από τη συγκέντρωση των αντιδρώντων, είναι μεγαλύτερος.

Σταθερά ισορροπίας Kc και Kp

Σταθερά ισορροπίας Kc

Εκφράζεται ως αναλογία μεταξύ των συγκεντρώσεων των προϊόντων και των αντιδρώντων και συμβολίζεται με το σύμβολο Kc. Είναι απαραίτητο να εκφραστεί η Kc ως προς τις μοριακές συγκεντρώσεις τους για να υπολογιστεί.

Τα [A], [B], [C] και [D] αντιπροσωπεύουν συγκεντρώσεις των αντιδραστηρίων Α και Β, καθώς και συγκεντρώσεις προϊόντων C και D. Οι στοιχειομετρικοί συντελεστές κάθε αντιδρώντος και προϊόντος στη χημική εξίσωση αντιπροσωπεύονται από τους εκθέτες «a», «b», «c» και «d». Στην έκφραση για Kc, οι συγκεντρώσεις των αντιδρώντων και των προϊόντων αυξάνονται σε δυνάμεις ίσες με τους στοιχειομετρικούς συντελεστές τους, που είναι ίδιοι με την έκφραση για το K.

Σταθερά ισορροπίας kp

Το Kp είναι η σταθερά ισορροπίας και εκφράζεται ως λόγος μεταξύ των πιέσεων των προϊόντων και των πιέσεων των αντιδρώντων. Στην περίπτωση αέριων μιγμάτων αντίδρασης, αυτή η σταθερά ισορροπίας είναι κατάλληλη. Οι μερικές πιέσεις των αερίων συστατικών στο μίγμα της αντίδρασης καθορίζουν την τιμή του Kp.

Η μερική πίεση υποδηλώνεται με το γράμμα "p". Ως αποτέλεσμα, τα pP, pQ, pR και pS είναι οι μερικές πιέσεις των συστατικών αερίου P, Q, R και S, αντίστοιχα. Οι στοιχειομετρικοί συντελεστές κάθε αντιδρώντος και προϊόντος στη χημική εξίσωση αντιπροσωπεύονται από τους εκθέτες "p", "q", "r" και "s."

Διαφορά μεταξύ Kc και Kp

Οι σταθερές ισορροπίας Kc και Kp συμβολίζονται με τα γράμματα. Όταν ένα μείγμα αντίδρασης φτάσει σε ισορροπία, αντιπροσωπεύεται από έναν αριθμό που υποδεικνύει τη σχέση μεταξύ των συγκεντρώσεων ή των πιέσεων των προϊόντων και των αντιδρώντων στο μίγμα της αντίδρασης. Ουσιαστικά, η διαφορά μεταξύ Kc και Kp είναι ότι ενώ η Kc είναι η σταθερά ισορροπίας που μπορεί να υπολογιστεί από τους όρους συγκέντρωσης, η Kp είναι η σταθερά ισορροπίας που μπορεί να υπολογιστεί από τους όρους της πίεσης.

Στην περίπτωση των αναστρέψιμων αντιδράσεων, αυτή είναι η σταθερά ισορροπίας που δίνεται. Είναι η σταθερά ισορροπίας Kc που εκφράζεται ως λόγος μεταξύ των συγκεντρώσεων των προϊόντων και των αντιδρώντων και είναι η σταθερά ισορροπίας Kp που εκφράζεται ως λόγος μεταξύ της πίεσης των προϊόντων και των αντιδρώντων.

Συμπέρασμα

Η χημική ισορροπία είναι η κατάσταση μιας χημικής αντίδρασης στην οποία ο ρυθμός προς τα εμπρός αντίδρασης και ο ρυθμός αντίστροφης αντίδρασης είναι και οι δύο ίσοι. Ως αποτέλεσμα αυτής της ισορροπίας, οι συγκεντρώσεις των αντιδρώντων και των προϊόντων παραμένουν σταθερές καθ' όλη τη διάρκεια της αντίδρασης. Ωστόσο, μόνο και μόνο επειδή οι συγκεντρώσεις δεν αλλάζουν δεν σημαίνει ότι όλες οι χημικές αντιδράσεις έχουν σταματήσει εντελώς. Αντίθετα, η χημική ισορροπία είναι μια δυναμική συνθήκη κατά την οποία τα αντιδρώντα μεταβάλλονται συνεχώς σε προϊόντα, αλλά με ρυθμό που είναι ακριβώς ίσος με τον ρυθμό με τον οποίο τα προϊόντα μετατρέπονται ξανά σε αντιδρώντα.